JP2005265075A - メカニカルシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メカニカルシール装置は、加工コスト共に組立コストを低減し、且つシール面に発生する鳴き現象を防止してシール面の摩耗を防止することにある。
【解決手段】 メカニカルシール装置（Ｍ）は、一対の密封環（２，１２）のうち外周面に係止部（２Ｂ）を有する第１密封環（２）と、第１密封環（２）の内周面（２Ｃ）を支持する第１支持部（３Ｄ）と、係止部（２Ｂ）と係止する第２支持部（３Ａ）とが備えられていると共に、シールハウジング（６０）又は軸（５０）に固定する保持環（３）と、保持環（３）と第１密封環（２）とに密封に連結するガスケット（４）とを具備し、第２支持部（３Ａ）と係止部（２Ｂ）との回転方向の組立の係止間隔（Ｃ）が０．５ｍｍ以内に形成されているものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品の組立コストと加工コストを低減すると共に、摺動面の鳴き現象を防止したメカニカルシール装置に関する。更に詳しくは、組立部品の構成により、摺動時に密封環のシール面に発生する鳴き現象と摩耗とを防止すると共に、密封環を支持するガスケットの耐久能力を向上するメカニカルシール装置に関する。

被密封流体をシールする密封環は、シール面の摩耗を防止するために、炭化珪素等の硬質材により形成されている。この密封環の取付面をシールすると共に、密封環を支持するためにゴム状弾性材製のガスケットが設けられている。しかし、ガスケットで支持しているために、シール面に回転トルクが作用すると、この力によりガスケットが円周方向に捩れ変形する。又、この捩れ変形を防止するために密封環を保持環の支持部により固定するが、密封環がガスケットと嵌着しながら係止部と保持環とを固定しなければならないので、この両部品の係止構造が困難になる。この係止構造により密封環のシール面とガスケットに種々の不具合を惹起する。

図４は、本発明の第１関連技術を示すメカニカルシール装置２１１である（例えば、特許文献１を参照）。この図４は、メカニカルシール装置２１１の半断面図である。図４において、シール面２０２Ａを設けた回転用密封環２０２は内周面がカップガスケット２０４に嵌着している。更に、カップガスケット２０４はスリーブ２０３の取付部２０３Ｄに嵌着している。回転用密封環２０２の外周面には、２等配又は４等配の溝部２０２Ｇが設けられており、この溝部２０２Ｇの底に係止平面２０２Ｔが形成されている。一方、取付部２０３Ｄには板状に突出する押え板２０３Ａが設けられている。この押え板２０３Ａは溝部２０２Ｇ内に挿入されて溝部２０２Ｇの側面と遊合している。この回転用密封環２０２をカップガスケット２０４に嵌着すると共に、このカップガスケット２０４をスリーブ２０３に取り付けた構成の一方の回転用シール部２０１は、固定部２０３Ｃを回転軸に嵌着できるように形成されている。

一方、固定用密封環２１２はベローズ２１４に嵌着して取り付けられている。ベローズ２１４の両端部の外周には、第１保持部２１３Ａと第２保持部２１３Ｂが嵌合し、第１保持部２１３Ａと第２保持部２１３Ｂにより、ベローズ２１４の両端部を固定している。又、カートリッジ２１５は一端部がハウジングに固定されると共に、他端部が固定用密封環２１２の内周面と摺動自在に嵌合している。そして、第１保持部２１３Ａとカートリッジ２１５との間にコイル状のばね２１９が配置されている。このばね２１９により固定用密封環２１２を回転用密封環２０２方向へ弾発に押圧している。そして、固定用密封環２１２の対向シール面２１２Ａを回転用密封環２０２のシール面２０２Ａに密接させて被密封流体をシールする。

上述の構成において、図４と図５に示すように、取付部２０３Ｄの円周上に設けられた複数の押え板２０３Ａが回転用密封環２０２の円周上の各溝部２０２Ｇ内に挿入して配置されているが、互いに挿入される押え板２０３Ａの幅Ｂと溝部２０２Ｇの幅Ａとを同一寸法に加工することは、加工誤差があるので、現在の加工技術から困難である。又、この幅Ａと幅Ｂを同一寸法に加工できたとしても、円周に沿って複数に配置されている各押え板２０３Ａと各溝部２０２Ｇとを円周上で同一の位置に加工することも極めて困難である。このために、押え板２０３Ａの幅Ｂを溝部２０２Ｇの幅Ａよりも小さく形成し、押え板２０３Ａの両端に挿入可能な間隙を設けている。このようにして各押え板２０３Ａと各溝部２０２Ｇとは嵌め合わることが可能になる。更に、回転用密封環２０２は、弾性変形可能なカップガスケット２０４に保持されている。そして、回転用密封環２０２のシール面２０２Ａは、回転中に固定用密封環２１２の対向シール面２１２Ａと摺動すると摺動摩擦力によるトルクが発生するから、スリーブ２０３と回転用密封環２０２との間に連結するカップガスケット２０４は、押え板２０３Ａと溝部２０２Ｇとの間隙で往復した捩れを惹起する。このため、シール面２０２Ａはスティックとスリップとを繰り返しながら作動する。そして、相対摺動する両シール面２０２Ａ、２１２Ａに鳴き現象が発生する。更に、鳴き現象と異常なスリップ現象は、相対摺動する各シール面２０２Ａ、２１２Ａに摩耗を惹起する。又、カップガスケット２０４は繰り返しのトルクを受けるために耐久能力が低下する。その結果、メカニカルシール装置２１１のシール能力と耐久能力が低下する恐れがある。

更に、本発明に関連するメカニカルシール装置として図６に示す第２関連技術のメカニカルシール装置１１１が存在する（例えば、特許文献２を参照）。このメカニカルシール装置１１１の全体の構成は、図４と類似するので図示は省略する。この全体の構成は図６と図５を参照して説明する。この図６のメカニカルシール装置１１１が図４のメカニカルシール装置２１１と相違する点は、密封環１０２とスリーブの取付部１０３Ｄである。この密封環１０２と取付部１０３Ｄについて、図６により説明する。図６に於いて、この回転用密封環１０２は、外周面の上下対称の位置に係止平面１０２Ｂ、１０２Ｂが形成されている。そして、回転用密封環１０２の内周面はリング状のカップガスケット１０４の外周面に嵌着している。この回転用密封環１０２はカップガスケット１０４を連結部としてスリーブの環状の取付部１０３Ｄに嵌着されている。又、図６に示すように、断面コ形状の取付部１０３Ｄに於ける外周筒部の周囲の一部に平板にした押え板１０３Ａ、１０３Ａが設けられている。この押え板１０３Ａ、１０３Ａは、係止平面１０２Ｂ、１０２Ｂに近接状態に配置されている。

この回転用密封環１０２に対向した位置には、図４に示すように、固定用密封環２１２が配置されている。この固定用密封環２１２は、固定用密封環２１２とハウジングに固定されたカートリッジ２１５との間に配置されたベローズ２１４に接合している。そして、ベローズ２１４の両端の取付部２１４Ａ、２１４Ｂは、ばね座金２１３、２１３を介してコイル状のばね２１９により押圧されている。ばね２１９により押圧された固定用密封環２１２の対向シール面２１２Ａは、図６の回転用密封環１０２のシール面１０２Ａと密接するように構成される。

以下、図４と図６の作動する構成は、略略同じである。図４を参照しながら図６の問題点を説明する。尚、括弧内は図６の符号である。図４及び図６のメカニカルシール装置２１１（１１１）は、ばね２１９によりベローズ２１４を介して固定用密封環２１２が押圧され、固定用密封環２１２の対向シール面２１２Ａは回転密封環２０２（１０２）のシール面２０２Ａと接合して機内側の被密封流体をシールする。又、スリーブ２０３は、回転軸に嵌着して回転軸と共に回動する。このとき、取付部２０３Ｄ（１０３Ｄ）にカップガスケット２１４（１０４）を介して取り付けられた回転用密封環２０２（１０２）は、係止平面（１０２Ｂ）が押え板（１０３Ａ）と係止して回転軸と回動するが、係止平面（１０２Ｂ）と押さ板（１０３Ａ）とを密接させることは、加工上から困難に成る。それは、取付部２０３Ｄ（１０３Ｄ）にカップガスケット２１４（１０４）を嵌着すると共に、カップガスケット２０４（１０４）を回転用密封環２０２（１０２）に嵌着しなければならないからである。更には、環状の取付部２０３Ｄ（１０３Ｄ）に直接に押え板（１０３Ａ）をプレス加工しなければならないので、加工精度を上げることができないからである。又、係止平面（１０２Ｂ）に押さ板（１０３Ａ）を強く圧接させるとシール面２０２Ａに歪みが発生する。更に、図４に示すように、回転用密封環（１０２）の対称を成す係止平面（１０２Ｂ）を互いに押さえると、シール面２０２Ａに歪みが発生する。このため、係止平面（１０２Ｂ）と押さ板（１０３Ａ）との間には間隙を設けている。そして、シール面２０２Ａと対向シール面２１２Ａは、相対摺動するときに、カップガスケット２０４（１０４）の周方向のねじり弾性及び係止平面１０２Ｂの平面寸法Ｂと押さ板１０３Ａの平面寸法Ａとの間隙寸法差によってスティックと相対回動を繰り返すことになる。このスティックと相対回動を繰り返すことによって、鳴き現象の発生が認められている。更に、このスティックは相対するシール面２０２Ａに摩耗を促進させる。その結果、メカニカルシール装置２１１（１１１）のシール能力が低下することになる。

特開２０００−７４２２６号公報（図２） 特開平１１−３１５９３５号公報（図２）

本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものである。その発明が解決しようとする技術的課題は、メカニカルシール装置の部品加工と組立を容易にすると共に、密封環を支持するガスケットのねじり疲労を保護してガスケットの耐久能力を向上させることにある。又、摺動時のシール面の鳴きを防止すると共に、シール面の摩耗を低減することにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。その技術的解決手段は以下のように構成されている。

請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ハウジングに設けた孔と、孔に挿設する軸との間をシールするメカニカルシール装置であって、一対の密封環と、一対の密封環のうち外周面に係止部を有する第１密封環と、第１密封環を支持する第１支持部を有すると共に、係止部に対して回転方向に係止する第２支持部を有してハウジング又は軸に保持される保持環と、保持環と第１密封環との間に密着して第１密封環と保持環とを連結するゴム状弾性材製のガスケットとを具備し、第２支持部の係止端部と係止部の係止面との対向する係止間隔Ｃが０．５ｍｍ以内に形成されているものである。

請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、係止部が軸方向を向く係止溝に形成されていると共に、第２支持部が係止溝内に挿入される片持板に形成されているものである。

請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、係止溝の底面に対して第２支持部の対向面が締め代を０から０．２５ｍｍの範囲で接合しているものである。

請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、第１密封環の係止部と、保持環の第２支持部が周面に沿って複数個に係合していると共に、第２支持部と係止部の底面とが非接触に配置しているものである。

請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置は、第２支持部が第１密封環に嵌合する外環に形成されていると共に、外環を軸方向へ切り込んで形成した片持板を係止溝内へ折曲げているものである。

この請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第２支持部がガスケットに嵌着している第１密封環の係止部に対して回転方向時に係止すると共に、両部品の係止間隔Ｃが０．５ｍｍ以内に近接した構成である。このため、回転中は第２支持部が密封環の係止溝の係止面に常に係止することができる。この係止面の係止によりガスケットは、シール面が摺動する密封環の回転中に、ねじりトルクが発生して疲労するのを防止できる。その結果、ガスケットの耐久能力が向上する。同時に、密封環がゴム状弾性のガスケットに保持されていても、係止部と第２支持部との係止によりシール面が摺動中にスティックとスリップが繰り返されないから、シール面の摺動中に於ける鳴き現象を防止できる。更に、異常な摺動状態である鳴き現象の防止は、シール面の摩耗を防止することができる。更に、第２支持部と結合部との当接による疲労・損傷も防止できる。

この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第２支持部がフランジ部から軸方向へ片持板に形成されていると共に、片持板を係止部（係止溝）に挿入すればよいから、片持板の係止端部と係止部の係止面とを係止間隔Ｃが０．５ｍｍ以内に配置されているから、容易に係止することができる。特に、片持板を係止部に対して挿入が容易になるから、片持板及び係止部の加工が容易になり、加工コストを低減できる。そして、シール面の鳴き現象を防止し、鳴き現象に伴う摩耗も防止できる。このために、メカニカルシール装置のシール能力が長期に渡り発揮される。

この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、係止溝の底面に対し第２支持部の対向面が締め代を０から０．２５ｍｍの範囲にして接合しているものである。この第２支持部が係止溝に対して圧接する締め代を０．０１ｍｍから０．２５ｍｍの範囲にすると、第１密封環のシール面に対してシール能力を低下させる面歪みがほとんど認められない。このため、密封環の周面の複数の係止溝と複数の第２支持部との係合間に形成される各々の係止間隔Ｃに誤差が生じても密封環と第２支持部とを確実に係止状態に保持することができる効果を奏する。更に、メカニカルシール装置が外部から振動力を受けるような場合に、第２支持部を係止溝に接合し、回転中の外力により第２支持部が揺動して係止溝との係止が不具合になるのも効果的に防止できる。更に、第２支持部と係止溝との確実な係止は、シール面に発生する鳴き現象を効果的に防止できる。

この請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第１密封環の係止溝と保持環の第２支持部が周面に沿って複数個に形成されていると共に、係止溝の底面と第２支持部が非接触状態に配置されているものである。このために、第２支持部と係止部との組立が容易になるから、多数（４個から６個）の第２支持部と、密封環の多数（４個から６個）の係止部とを係合させることができる。そして、第２支持部により密封環を係止して保持する強度が増すから耐久能力を向上できる効果を奏する。又、この第２支持部により密封環の強力な保持は、シール面のシール能力が発揮できると共に、摺動時の鳴きを防止する。更に、シール面の摩耗が防止できる。

この請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第２支持部は、第１密封環を囲む外環を筒の軸方向へ切り込んで片持板に形成し、この片持板を係止溝内へ折曲げて係合したものである。このため、片持板は外環に保持されて回転方向の強度を増すと共に、片持板の係止溝に対する係止をより確実にする。しかも、片持板は外環に接合してスプリングバックが防止でき、係止部を所定の締め代で保持することが可能になる。このために、シール面の摺動中に鳴き現象が防止できると共に、シール面の摩耗が低減できる。

以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のメカニカルシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、正確な設計図を基にしたものである。図１は、本発明に係わる第１実施の形態を示すメカニカルシール装置Ｍの断面図である。又、図２は図１に於ける第１シール部１の正面図の一部である。更に、図３は、図２に示す第２支持部の付近の平面図である。

以下、図１，図２，図３の各図を参照して説明する。メカニカルシール装置Ｍは、第１（一方の）シール部１と第２（他方の）シール部１１とが対向して一対に構成される。第１シール部１に設けた第１密封環（一方の密封環）２のシール面２Ａと、第２シール部１１に設けた第２密封環（他方の密封環）１２の対向シール面１２Ａが互いに密接して被密封流体をシールする。この第１密封環２の内周面２Ｃと端面２Ｄは、カップ状のゴム又は弾性樹脂材製のガスケット４に密着する。更に、ガスケット４は保持環３に密封に嵌着し、第１密封環２と保持環３とを連結する。一方、第２密封環１２は、ベローズ１４とスプリング１９を介してカートリッジ１５に支持される。

図１、図２及び図３では、回転用密封環に相当する第１密封環２は、断面が方形状で環状体を成している。この第１密封環２の先端面は、鏡面仕上げした第１シール面２Ａに形成する。又、第１密封環２に於ける第１シール面２Ａと反対側は、端面２Ｄに形成する。更に又、第１密封環２の内周には内周面２Ｃを形成する。更に、図２及び図３に示すように、第１密封環２の外周面２Ｅには周面に沿って３等配に溝状の係止部２Ｂを形成する。係止部２Ｂの溝幅Ｌは、第２支持部３Ａの板幅Ｗより大きく形成する。この係止部２Ｂの回転側の側面には、係止面２Ｂ２を設ける。この係止部２Ｂは、周面に沿って等配の複数個に形成されている。尚、係止部２Ｂが第２支持部３Ａにより圧接されてシール面２Ａに歪みが生じる場合には、第１密封環２の周面において各係止部２Ｂが対称にならないようにすると良い。更に又、係止部２Ｂは、図２に示すように、底面２Ｂ１を円弧面に形成しても良いが、周面を水平にカットした平面に形成することもできる。尚、第１密封環２は、硬質摺動材で製作される。硬質摺動材は、例えば、炭化珪素、セラミック、超硬合金、カーボン材等である。

保持環３は、ステンレス鋼板から製作されたスリーブである。保持環３は、円筒状に形成されている。この円筒状の一端側に軸５０と嵌着する固定部３Ｃを設ける。この円筒部の固定部３Ｃに対し反対側には、第１支持部３Ｄを設ける。第１支持部３Ｄは、取付筒部と、この取付筒部の端部から径方向に延びるフランジ部に形成する。フランジ部の外周端には、更に短い円弧状又は円筒状の外環３Ｂを形成する。この外環３Ｂには、周面に沿って３等配に形成された第２支持部３Ａを設ける。この第２支持部３Ａは、図２及び図３に示すように、外環３Ｂから軸方向へ延びた長方形状の片持板３Ａ（以下、第２支持部を片持板という）に形成する。第２支持部３Ａに相当する片持板３Ａの長さは、第１密封環２のシール面２Ａと略同じ位置の長さにすると良い。

又、片持板３Ａの板幅Ｗは、係止部２Ｂの溝幅Ｌより小さくする。係止部２Ｂと片持板３Ａは周面に沿って複数個（例えば、３個、又は４個）が設けられているから、片持板３Ａの板幅Ｗと係止部２Ｂの溝幅Ｌの寸法を同一にしたのでは、片持板３Ａと係止部２Ｂとを嵌め合わせることが困難になる。特に、周面に複数個を設けた場合には、更に、両部品の組合せが困難になる。今仮に、溝幅Ｌと板幅Ｗとを精密加工して同一寸法に嵌め合わせる為には、各組合せの接合面をすりあわせしなければならないから、１個の組合せに長時間かかることになり、加工コストと共に組立コストが高揚して産業上の採算が合わなくなる。又、この片持板３Ａの回転方向Ｎの当接部には、係止部２Ｂの係止面２Ｂ２と接合して係止する係止端部３Ａ１を設ける。更に、この片持板３Ａは、平面に凹凸に折曲げて補強すると共に、係止部２Ｂの係止面２Ｂ２と当接する係止端部３Ａ１を設けると良い。

第１密封環２の係止部２Ｂと片持板３Ａの組立は、図２及び図３のように組み合わせる。図２及び図３に示すシール部１において、第１シール部１の回転方向はＮ方向である。そして、第１シール部１の組立時に、係止部２Ｂと片持板３Ａとの嵌め合わせは、回転方向Ｎの係止部２Ｂの係止面２Ｂ２と片持板３Ａの係止端部３Ａ１との係止間隔Ｃを０．５ｍｍ以内の寸法にする。この係止間隔Ｃは、更に好ましくは、０．1mm以下にすると良い。尚、この係止間隔Ｃを０．1mm以内にして各第２支持部３Ａと係止部２Ｂとを組み合わせることは、第２支持部に於ける両端部のうち、片方の端部の係止間隔Ｃのみであるから、加工上可能となる。この組合せは、片持板３Ａの係止端部３Ａ１が係止部２Ｂの係止面２Ｂ２に接合するようにして組み立てると、ガスケット４のスプリングバックあっても、係止間隔Ｃを０．５ｍｍに保持することは容易である。又、溝幅Ｌと板幅Ｗの寸法関係は、第１密封環２の回転トルクから板幅Ｗの強度を考慮して決めると良い。そして、溝幅Ｌは、第１密封環２を保持環３に組み立てるときに、生産工程で、片持板３Ａを係止部２Ｂに簡単に組合せできる寸法にすると良い。このために、係止部２Ｂと第１支持部３Ａの加工コストが大きく低減できる。

この片持板３Ａは、係止部２Ｂの底面２Ｂ１に対して組み立てやすくするために、非接触状態にする。尚、片持板３Ａを係止部２Ｂの底面２Ｂ１に対して接触状態にする場合には、締め代を、０から０．３０ｍｍ範囲にする。更に好ましくは、片持板３Ａは係止部２Ｂに対して締め代の範囲を０．０１ｍｍから０．２５ｍｍにすると良い。つまり、片持板３Ａの締め代は、係止部２Ｂの半径より締め代の寸法範囲だけ小さな寸法である。この片持板３Ａの締め代状態では、シール面に歪みの発生が防止できる。尚、片持板３Ａの自由端は、組立時に、第１密封環２を片持板３Ａに挿入しやすくするために外方へ曲げることもできる。保持環３の他端部は、外径方向へ拡張して軸５０に挿入しやすく形成している。この保持環３の材質は、ステンレス鋼、アルミニュウム、銅、鋼板等被密封流体の適性に応じて適宜選択する。

カップ状のガスケット４は保持環３に於ける第１支持部３Ｄの取付筒部とフランジ部に密着する。更に、ガスケット４は、第１密封環２の内周面２Ｃ及び端面２Ｄと密着して第１密封環２を保持環３の第１支持部３Ｄに連結する。このガスケット４はフランジ状の支部４Ａと支部４Ａの内周から筒状を成す嵌着部４Ｂに形成する。このガスケット４の嵌着部４Ｂの内周面は、第１支持部３Ｄに嵌着すると共に、嵌着部４Ｂの外周面は第１密封環２の内周面２Ｃと密着する。この嵌着部４Ｂと第１密封環２とは、一体に回動できるように嵌着している。又、支部４Ａは第１密封環２を軸方向へ弾性的に支持する。そして、ガスケット４は保持環３と第１密封環２の間から被密封流体が漏洩するのをシールすると共に、第１密封環２をガスケット４により弾性的に保持環３に保持する。このガスケット４はゴム材製である。このガスケット３の材質は、ＦＫＭ、ＮＢＲ、ＩＩＲ、Ｕ、Ｑ、ＣＲ等を用いると良い。

第１密封環２と対向する第２密封環１２は、ステンレス鋼板製のカートリッジ１５に軸方向へ移動自在に支持されている。この第２密封環１２とカートリッジ１５の間には、ゴム材製のベローズ１６を配置する。又、ベローズ１６の一端部と第１取付環１３は、スプリング１９により押圧できるように嵌着する。そして、ベローズ１６とスプリング１９とにより第２密封環１２を第１密封環２へ弾発に押圧する。ベローズ１６の一端部は、外周面が第１取付環１３により締めつけることにより内周面を第２密封環１２の外周面に固着する。又、ベローズ１６の他端は、第２取付環１４によりカートリッジ１５に固着する。このカートリッジ１５はシールハウジング６０の孔に固着部１５Ａを嵌着すると共に、フランジ１５Ｂをシールハウジング６０の端面に当接して固定する。尚、第２密封環１２も摺動材として好ましい硬質摺動材を採用する。硬質材としては、例えば、炭化珪素又はカーボン或いは超硬合金材がある。

更に、第２に実施の形態のメカニカルシール装置は、図示を省略する。このメカニカルシール装置において、図１のメカニカルシール装置１と相違する点は、第１シール部１に設けた保持環３の第２支持部３Ａである。以下、この図１と同じ符号の第２支持部３Ａは、第１支持部３Ｄの外周端から筒状に外環３Ｂを形成する。この外環３Ｂに対して係止部２Ｂの溝幅Ｌより小さな寸法の板幅Ｗに成るように軸方向へスリット加工を施して片持板５を等配に形成する。この片持板に形成した第２支持部３Ａを内径方向へ折曲げて係止部２Ｂの底面２Ｂ１に対する第２支持部３Ａの対向面の締め代を０．１５ｍｍに接合する。この締め代は、０から０．３０ｍｍの範囲にすると良い。更に好ましくは、第２支持部３Ａは、係止部２Ｂに対する締め代Ｈを０．０１ｍｍから０．２５ｍｍにすると良い。このように外環３Ｂから第２支持部３Ａを形成することにより、スリット加工の軸方向の深さにより、片持板である第２支持部３Ａの長さが加減できるので、第２支持部３Ａで係止部２Ｂを押圧するときのスプリングバックが小さくできると共に、第２支持部３Ａの強度も向上できる。

図１に示す本発明のメカニカルシール装置Ｍと図４及び図５に示す比較例のメカニカルシール装置２１１とについて、シール面の摺動時の鳴き現象を試験した結果は下記の通りである。
Ａ．試験機
１）ボール盤式メカニカルシール単体鳴き試験機（市販試験機で、メカニカルシール装置を液槽内に取り付けてシール面から漏洩した液体を下槽に溜めて計測する構造である）
Ｂ．試験条件
１）密封環の回転数は、０から２０００min^−１ に速度を段階に上げ下げして テストをする。
２）被密封流体の液温は、４０°Cと６０°C と８０°C と１００°C の各段 階でテストをする。
３）被密封流体の液圧は、大気圧である。
４）被密封流体の液種は、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）５０％水溶液
５）係止部２Ｂの溝幅Ｌは、５．５ｍｍである。
６）第２支持部３Ａの板幅Ｗは、４ｍｍである。
７）係止間隔Ｃは、０．５ｍｍである。
Ｃ．試験結果
１）本発明のメカニカルシール装置Ｍ
本発明の鳴き現象の発生率は、３％から１０％（注、６０°C付近で５００min^−１ 以下で発生した）である。
２）比較例のメカニカルシール装置２１１
比較例の鳴き現象の発生率は、２５％から３５％である。
３）上述の結果から明らかなように、本発明のメカニカルシール装置は比較例に対して鳴き現象が極めて少ない。

次に、図１に於ける第１シール装置１の組み立て方法について説明する。第１シール装置１の係止部２Ｂと第２支持部３Ａは、図２及び図３のように組み合わせる。そして、円筒状のスリーブにステンレス鋼板を加工した保持環３は、第１支持部３Ｄにゴム材製のカップ状をしたガスケット４を他端部から拡張して挿入し、第１支持部３Ｂに嵌着する。このガスケット４の嵌着部４Ｂの嵌合面４Ｂ１と第１密封環２の内周面２Ｃとは圧入して嵌着する。又は、第１密封環２の内周面２Ｃに凹凸を設けてガスケット４と係合させても良い。そして、ガスケット４の嵌着部４Ｂの嵌合面４Ｂ１と第１密封環２の内周面２Ｃとの圧入状態は、第２支持部３Ａの係止端部３Ａ１が係止部２Ｂの係止面２Ｂ２に対して係止間隔Ｃを０．５ｍｍ以内にする。又、第２支持部３Ａの内面は、係止部２Ｂの底面２Ｂ１ に対して非接触状態に係合する。尚、第２支持部３Ａを係止部２Ｂの底面２Ｂ１に対して接触状態に係合する場合には、第２支持部３Ａの締め代分を０ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内に圧着して係止する。又、第１密封環２の係止部２Ｂの係止面２Ｂ２に対して第２支持部３Ａの係止端部３Ａ１の係止間隔Ｃを０．５ｍｍ以内に組み立てると、ほとんどシール面の摺動時の鳴き現象は認められない。

本発明のメカニカルシール装置は、自動車、建設機械のラジエータ、クーラ、コンプレッサ等のポンプの被密封流体のシールとして有用であり、シール能力に優れ、摺動時に鳴き現象の発生がほとんど認められず、しかも、シール面の摩耗が防止できるシールとして有用である。

本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置の断面図である。 図１の第１シール部の保持環の要部を示す正面図である。 図２の平面図である。 特許文献１のメカニカルシール装置の半断面図である。 図４のメカニカルシール装置の要部の正面図である。 特許文献２のメカニカルシール装置のシール面から見た断面図である。

符号の説明

Ｍ メカニカルシール装置
１ 第１シール部（一方のシール部）
２ 第１密封環（一方の密封環、回転用密封環）
２Ａ シール面
２Ｂ 係止部
２Ｂ１ 底面
２Ｂ２ 係止面
２Ｃ 内周面
２Ｄ 端面
３ 保持環
３Ａ 第２支持部
３Ａ１ 係止端部
３Ｂ 外環
３Ｃ 固定部
３Ｃ１ 他端部
３Ｄ 第１支持部
４ ガスケット
４Ａ 支部
４Ｂ 嵌着部
１１ 第２シール部（他方のシール部）
１２ 第２密封環（他方の密封環、固定用密封環）
１２Ａ 対向シール面
１２Ｂ 嵌合面
１３ 第１取付環
１４ 第２取付環
１５ カートリッジ
１５Ａ 固着部
１５Ｂ フランジ
１９ スプリング
５０ 軸
６０ シールハウジング
Ｃ 係止間隔
Ｌ 溝幅
Ｗ 板幅

Claims (5)

1. ハウジングに設けた孔と、前記孔に挿設する軸との間をシールする一対の密封環を設けたメカニカルシール装置であって、
   前記一対の密封環のうち外周面に係止部を有する第１密封環と、
   前記第１密封環を支持する第１支持部を有すると共に、前記係止部と係合して回転方向に係止する第２支持部を有し、且つ前記ハウジング又は前記軸に保持される保持環と、
   前記保持環の前記第１支持部と前記第１密封環との間に密着して第１支持部と前記第１密封環とを連結するゴム状弾性材性のガスケットとを具備し、
   前記第２支持部と前記係止部との回転方向に対向する係止間隔が０．５ｍｍ以内に形成されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記係止部が軸方向を成す係止溝に形成されていると共に、前記第２支持部が前記係止溝内に挿入される片持板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 前記第２支持部の締め代が前記係止部の底面に対して０から０．２５ｍｍの範囲で接合していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記第１密封環の前記係止部と、前記保持環の前記第２支持部が周面に沿って複数個に係合していると共に、前記第２支持部と前記係止部の底面とが非接触に配置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
5. 前記第２支持部は前記第１密封環を囲む外環に形成されていると共に、前記外環を軸方向へ切り込んで形成した片持板を前記係止部内へ折曲げた形状を成すことを特徴とする請求項１又は請求項３又は請求項４に記載のメカニカルシール装置。

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